矿山地质学第3章-2-矿山地质学

矿山地质学山东科技大学地球科学与工程学院编制目录绪论第一章地球圈层构造第二章矿物第三章地质作用与三大岩类第四章地史学基本知识第五章地质构造第六章主要地质图件第七章煤与含煤岩系第八章矿床简述第九章工程地质与水文地质第十章煤矿主要地质因素第十一章地质勘查与储量分类第十二章矿山地质工作第十三章常见地质灾害第三章地质作用与三大岩类一、构造运动与地震二、岩浆作用与岩浆岩

三、

外力地质作用与沉积岩四、变质作用与变质岩

第三章地质作用与三大岩类第三节外力地质作用与沉积岩一外力地质作用大气、水和生物在太阳辐射能、重力能和日月引力等影响下产生的动力对地壳表层进行的各种作用，统称外力地质作用风化、剥蚀、搬运、沉积和成岩等作用（一）风化作用在地表或接近地表的环境中，由于气温的变化、水和氧及二氧化碳的作用、生物的活动等，使岩石在原地受到机械破碎和化学分解的作用，称为风化作用。1.物理风化作用物理风化作用是指地表岩石在以太阳辐射能为主的诸多因素影响下，在原地发生机械崩解碎裂的过程，又称机械风化作用。图3-3岩石温差风化示意图（据夏邦栋，1995）图3-4冰劈作用示意图（据夏邦栋，1995）2.化学风化作用化学风化作用是指岩石在原地由于O2、CO2和水溶液等作用下发生破坏的过程。（1）氧化作用4Fe［S2］+15O2+(n+8)H2O→2Fe2O3•nH2O+8H2SO4(黄铁矿) （褐铁矿）（2）水溶液作用Ca［SO4］+2H2O→Ca［SO4］•2H2O（水化作用）(硬石膏)（石膏）4K［AlSi3O8］+6H2O→4KOH+Al4［Si4O10］(OH)8+8SiO2（正长石） （高岭石）（水解作用）Ca［CO3］+CO2+H2O→Ca［HCO3］（溶解作用）（方解石）（重碳酸钙）3.生物风化作用生物风化作用是指生物的生命活动引起岩石、矿物破坏、分解的作用，它可以是物理的，也可以是化学的。图3-5根劈作用（山东黄岛洞门山）(据胡绍祥，2007)岩石风化产物：

碎屑物质

溶解物质

残余物质图3-6周口店花岗闪长岩之风化壳(据胡家杰)Ⅰ——土壤；Ⅱ——残积层；Ⅲ——半风化岩石；Ⅳ——基岩（二）剥蚀作用剥蚀作用是指流水、地下水、冰川、风、波浪等介质在运动中，对地表岩石进行破坏并将破坏产物剥离原岩的过程。机械剥蚀作用（1）风的剥蚀作用图3-7干旱区风的地质作用形成的地形1-风蚀湖；2-风蚀蘑菇石；3-风蚀城；4-风蚀柱；5-蜂窝石；6-新月形沙丘；7-塔状沙丘；8-沙垄；9风成交错层（2）地表流水的侵蚀作用图3-8河流旁蚀作用使河谷加宽的过程（据徐成彦等，1988)（3）地下水的剥蚀作用图3-9喀斯特地貌（据夏邦栋，1995)（4）冰川的刨蚀作用（5）海水的剥蚀作用图3-10海蚀地貌示意图(据K.W.Butxer，1976)2.化学溶蚀作用：对许多岩石以溶解方式进行溶蚀破坏。（三）搬运作用风化和剥蚀作用的产物，被流水、海浪、风、冰川等运动介质转移离开原地到它处（沉积区）的作用，称为搬运作用。1.机械搬运作用机械搬运的地质营力有流水、风、冰川、海洋等。其中以流水搬运为主。①流水的机械搬运②风的机械搬运③冰川的机械搬运④海洋的机械搬运2.化学搬运作用进行化学搬运的介质主要是流水和地下水搬运形式：真溶液胶体溶液（四）

沉积作用搬运过程中的物质，由于搬运介质能量减弱或物理化学条件的改变以及生物等因素的影响，脱离搬运介质形成松散沉积物的过程，称为沉积作用。1.机械沉积作用机械沉积是在碎屑重力大于介质(流水、风等)的搬运力时发生的。2.化学沉积作用指呈胶体溶液和真溶液搬运的溶解物质，在适当的场所，由于条件发生改变而发生沉淀、堆积的过程。难溶于水的Al、Fe、Mn、Si的氧化物多呈胶体沉积；易溶于水的Ca、Na、K、Mg等的氧化物呈真溶液沉积。3.生物沉积作用海洋、湖泊、沼泽和地面流水等水体中的生物对沉积作用有影响。生物遗体沉积生物化学沉积（五）固结成岩作用松散的沉积物形成以后，逐渐转变成坚硬的沉积岩石的过程称为固结成岩作用。是指沉积物沉积后至岩石固结，在深埋环境下直到变质作用之前发生的物理、化学变化，以及埋藏后岩石又被抬升至地表或接近地表的环境中所发生的一切物理、化学变化。一般包括沉积物的压实作用、胶结作用、重结晶作用等。图3-11固结成岩作用的几种方式(据夏邦栋，1995)1.压实作用又称压固作用。沉积物形成后，在上覆沉积物重荷压力下，发生脱水，孔隙度降低，体积缩小，密度增大，松软的沉积物就转变成固结的岩石(图3-11a)。2．胶结作用胶结作用是指松散的沉积物颗粒被化学沉淀物或其他填隙物质连结的作用，其结果是使沉积物变成坚固的岩石(图3–11b)。3．重结晶作用随着沉积物埋藏深度的增加，在温度和压力影响下，矿物成分因溶解、局部溶解或固体扩散而使质点重新排列，致使非晶质矿物再结晶、细粒晶体转变成粗粒晶体(图3–11c)。4.自生矿物的形成沉积物在沉积过程中，或其后在沉积物内所形成的矿物(图3–11d)，被称为自生矿物。沉积岩的特征和分类（一）沉积岩的成分特征沉积岩的化学成分沉积岩中铁镁的含量低些，此外，因为沉积岩是在地表条件下形成的，因此沉积岩中Fe2O3的含量多于FeO，而岩浆岩却与此相反；沉积岩中富含H2O、CO2等，而岩浆岩中则很少；2.沉积岩的矿物成分（1）碎屑矿物：石英、钾长石、钠长石、白云母等，是原岩风化后继承下来的较稳定的矿物，属于继承矿物。（2）粘土矿物：高岭石、铝土矿等，是原岩化学风化后形成的矿物，属沉积岩的新生矿物。（3）化学和生物成因矿物;：方解石、白云石、石膏、磷酸盐矿物、以及蛋白石、针铁矿、水铝石和水锰矿等氧化物、氢氧化物矿物等。（二）沉积岩的结构沉积岩的结构是指组成沉积岩的组分的大小、形状、排列方式及其相互关系等特征。1．碎屑结构屑颗粒的大小，可将碎屑结构分为：砾状结构（大部分碎屑颗粒直径大于2mm）、砂状结构（大部分碎屑颗粒介于2～0.1mm之间）、粉砂状结构（大部分碎屑颗粒介于0.1～0.01mm之间）。图3–12碎屑岩的结构组成碎屑颗粒的圆度（滚圆度）及分选性（分选程度）表3–3圆度的分级(据何境宇等修改,1981)2．泥质结构具有这种结构的沉积岩，外观致密，其颗粒直径大多小于0.005mm。3．生物碎屑结构具有这种结构的沉积岩是由大量的生物遗体组成的（图3–13）。图3–13生物碎屑结构4．鲕粒和豆粒结构属于内源碎屑结构。鲕粒是具有核心和同心层构造的颗粒，像鱼子，故称为鲕粒。课间休息（三）沉积岩的构造1．层状构造和层理层理是因为成分、结构、颜色的变化而显示的一种层状构造，这是由不同时期沉积作用的性质变化所造成的。

（1）水平层理和平行层理（2）波状层理（3）斜层理图3–14层理类型示意图(a)水平层理；(b)波状层理；(c)斜层理；(d)交错层理2．层面构造在沉积岩层面上保留有自然作用产生的一些痕迹，统称层面构造。（1）波痕波痕是由风、流水或波浪在尚未固结的沉积物表面留下波状起伏的波纹，再经过固结成岩作用保留在岩层面上的一种层面构造。图3–15波痕示意图，对称波痕（左图）；不对称波痕（右图）（2）泥裂泥裂是泥质沉积岩表面上的龟裂，其断面呈“V”字形。图3–16泥裂及其形成示意图（左图引自吕洪波，2006）3．生物化石在沉积岩中往往含有生物化石，这是沉积岩区别于其他岩石的重要特征。根据化石的种类可以大致推断沉积岩形成的地质时代及生成环境。4．结核在沉积岩中常见到呈团块状、椭球状或不规则形状的块体，其物质成分与围岩不同，这种块体称为结核。如石灰岩中常含燧石结核，含煤地层中常含黄铁矿结核等。（四）沉积岩的颜色沉积岩的颜色取决于岩石的成分及所含杂质。1.继承色2.自生色

3.次生色（五）沉积岩的分类按沉积物的来源将沉积岩分为三大类型：火山碎屑岩、陆源沉积岩和内源沉积岩（表3–4）。表3–4沉积岩分类简表（六）常见沉积岩特征1火山碎屑岩：火山集块、火山角砾、火山灰、火山尘等火山碎屑物质含量在50%以上。2陆源沉积岩（1）.陆源碎屑岩：砾岩和角砾岩；砂岩；粉砂岩；（2）

泥质岩3内源沉积岩组成岩石的沉积物是在沉积盆地内通过生物沉积作用和化学沉积作用而形成的。（1）.蒸发岩（2）.碳酸盐岩（3）.硅质岩（4）.铝质岩（5）.铁质岩（3）.锰质岩（3）.磷质岩石灰岩类（如竹叶状灰岩、鲕粒灰岩、生物碎屑灰岩）白云岩类4可燃有机岩，如煤和油页岩。

第四节变质作用与变质岩变质作用变质作用是内力地质作用的一种，它是原岩在基本上处于固体状态下，受到温度、压力及化学活动性流体的影响，使原岩改变其成分、结构、构造变成新岩石的作用。（一）变质作用的影响因素温度（温度升高促进重结晶作用和变质反应）压力（静压力和定向压力）化学活动性流体（二）变质作用类区域变质作用型是由区域性的构造运动和岩浆活动引起的一种大范围的、长期的区域性变质作用。随着变质程度由低到高，区域变质作用形成的代表性岩石从板岩、千枚岩、片岩到片麻岩。2.接触变质作用在岩浆岩与围岩之间的接触带上，由于岩浆的活动过程中释放出的热量和逸散出的挥发性物质引起的变质作用，称为接触变质作用。接触变质作用形成斑点板岩、各种角岩、石英岩等。3.动力变质作用在构造运动所产生的定向压力作用下，岩石发生碎裂变形及轻微重结晶的变质作用，称为动力变质作用。可形成构造角砾岩、碎裂岩、糜棱岩等。4.混合岩化作用：即超深变质作用，岩石发生部分熔融并形成酸性成分的熔融体，或由地下深部分泌的酸性成分的熔融体，沿着已形成的变质岩的裂隙或片理渗透、扩散、贯入和混合交代等复杂的变质作用而使岩石的矿物组成、结构、构造发生深刻的改变，生成一系列特殊类型的岩石，称为混合岩。二变质岩的特征（一）变质岩的化学成分由岩浆岩变质而成的正变质岩其化学成分变化较小，由沉积岩变质形成的副变质岩其化学成分变化范围很大。（二）变质岩的矿物成分一类是在沉积岩和岩浆岩中常见的矿物，如长石、石英和云母等；另一类则是在变质过程中形成的新矿物，如石榴子石、硅灰石、红柱石、滑石、石墨等。不同变质矿物的出现，不仅可以反映出原岩的性质，还可以表明变质作用的等级。

（三）变质岩的结构1变余结构指由于变质程度不高而部分保留原岩的结构。如变余斑状结构、变余砾状结构、变余砂状结构等。2变晶结构指原岩在变质过程中发生重结晶作用或变质结晶作用所形成的结构。按变晶矿物相对大小，可以划分为等粒变晶结构、不等粒变晶结构、斑状变晶结构；按变晶矿物颗粒的绝对大小分为粗粒变晶结构（＞3mm）、中粒变晶结构（3～1mm）和细粒变晶结构（＜1mm）；按变晶矿物的形态划分为粒状变晶结构、鳞片状变晶结构、纤维状变晶结构等。(四)变质岩的构造(1)变余构造由于变质程度低，岩石中仍然不同程度保留了原岩的构造，如变余气孔构造、变余流纹构造、变余波痕构造、变余层状构造、变余泥裂构造等。(2)变成构造指由变质作用形成的新构造。如板状构造、千枚状构造、片状构造、片麻状构造。（五）常见变质岩的特征1.板岩具板状构造，是变质程度最低的变质岩，重结晶作用轻微，肉眼见不到矿物晶粒。2.千枚岩具千枚状构造，变质程度、重结晶作用较板岩强些，片理面具丝绢光泽，3.片岩具片状构造，原岩已全部重结晶，主要由片状、柱状矿物组成。板岩（拍摄照片）千枚岩（拍摄照片）云母片岩4.片麻岩具鳞片粒状变晶结构、麻状构造。长石含量多于石英。片麻岩是强烈区域变质作用的产物。5.麻粒岩